Távoli biomonitoring (RBM) anyák és újszülöttek hőmérséklet-felügyeletéhez: preklinikai és klinikai értékelés

Tanulmányi környezet: St John's Medical College Hospital, Bangalore, egy 1300 ágyas, felsőfokú ellátást nyújtó kórház évi 2500 szüléssel és egy 3-as szintű bölcsőde, amely 1000 újszülöttet lát el (született: születés arány = 2:1) az újszülöttben intenzív osztályon (NICU) évente, akiknek egyharmada alacsony születési súlyú és egyötöde koraszülött.

A hőmérsékletmérés helyének megválasztása felnőtteknél és újszülötteknél: Felnőtteknél a felkart választottuk ki a folyamatos monitorozáshoz. Míg az újszülöttnél a hasi bőr hőmérsékletét választottuk ki. Amellett, hogy közel van a májhoz, egy metabolikusan aktív szervhez, amely lehetővé teszi a maghőmérséklethez közeli mérést, egy non-invazív módszer is, amely állandó, folyamatos, könnyen használható és kényelmes a csecsemő számára.

Innovációs Út: Elfogadták az USAID 2006 Innovation Pathway modelljét, amely négy lépést tartalmazott a kutatástól a helyszíni megvalósításig - (1) prioritás-meghatározási szakasz és terméktervezés (2) termékfejlesztés és koncepció bizonyítása (3) termékbevezetés és ( 4) helyszíni megvalósítás. Az 1. lépés részeként a következő részlépések: (a) probléma azonosítás (járványügyi/technológiai/társadalmi/pénzügyi stb.), (b) hőmérsékletmérő eszközök és egyéb kérdések (hőmérsékletérzékelők vagy termisztorok) kritikus felülvizsgálata , magtesthőmérséklet mérési problémák stb.), és (c) az eszköz résének meghatározása más eszközökkel szemben horizont szkenneléssel.

Első lépésként áttekintették az anyai és újszülöttkori mortalitás és morbiditás fő okainak epidemiológiai terheit. A technológiai áttekintés során kiderült, hogy az anyára vagy az újszülöttre felcsatolható eszköznek az életjelek kimutatásához orvosi minőségű eszköznek kell lennie, rendkívüli mértékben. magas biztonsági profil. Ezenkívül működőképesnek kellett maradnia olyan helyzetekben is, mint az újszülött szennyeződése vagy nedvesítése, és továbbra is működnie kellett különböző népsűrűségű területeken, valamint épületekben. Számos eszközt, például a ThermoSpot®-t, a hőmérséklet-érzékelő címkét és a távoli infravörös alapú műszereket értékelték. A társadalmi áttekintés feltárta, hogy a folyamatosan, hosszú ideig a testre szíjazott érzékelők nem különböznek a felnőttek karjaira vagy a gyermekek nyakára/derekára szíjazott talizmánokétól, ezért nem lehet túlságosan kellemetlen a családok számára. Egy pénzügyi áttekintés feltárta, hogy ahhoz, hogy az eszközt széles körben használhassák, különösen az alacsony jövedelmű lakosság körében, alacsony költségű eszköznek kell lennie. A végrehajtási áttekintés egy ilyen eszköz vidéki, városi és nyomornegyedi közösségekben való lehetséges elterjedésére és hasznosítására összpontosított.

Koncepcionális keret: A távfelügyelet elvi kerete öt összetevőből állt: (1) egy alacsony költségű, hordható érzékelőcímke; (2) egy átjáróeszköz, amely rendkívül alacsony fogyasztású „valós idejű” kommunikációs kapcsolatként működik; (3) a kereskedelmi mobilkommunikációs hálózaton való közvetítés; (4) intelligens adatelemző rendszer; és (5) visszacsatolás a gondozóhoz vagy a frontvonal egészségügyi dolgozójához. Ezt a keretrendszert az Indiai Orvostechnikai Készülékek Szabályozó Hatósága szerint a legalacsonyabb kockázati szinttel rendelkező A osztályú orvostechnikai eszközzé kellett megtervezni, megtervezni, prototípust készíteni, szem előtt tartva, hogy a végterméknek lehetővé kell tennie a jó gondozási (QoC) elveket, nevezetesen hatékonyság, időszerűség, biztonság, emberközpontúság és méltányosság.

Az alkatrészekkel szemben támasztott követelmények A „testen” érzékelővel szemben támasztott két fő követelmény a biztonság és a pontosság volt. Tekintettel az újszülött bőrének törékenységére, az eszköznek hipoallergénnek, robbanás-/szivárgásbiztosnak kellett lennie, minimális fertőzést kell okoznia, és minimális hőt vagy ultraalacsony teljesítményű, nem ionizáló elektromágneses sugárzást kell elvezetnie. nAz eszköz bőrhöz való rögzítésére használt ragasztónak hasonlóképpen minimális „orvosi ragasztóval kapcsolatos bőrsérülést” (MARSI), allergiát vagy fertőzést kell okoznia. Az eszköz pontosságát in vitro körülmények között +/-0,2°C-ra, a tényleges klinikai gyakorlatban pedig +/-0,5°C-ra tűzték ki. További mechanikai követelmények a készülékkel szemben: hosszú akkumulátor-élettartam, akár 28 nap (5 perces mintavételi gyakorisággal); robusztusság (a testnedvekkel, például izzadsággal, vérrel, vizelettel, széklettel stb. való érintkezés során bekövetkező meghibásodás nélkül); legalább „67-es behatolásvédelmi osztály” (por- és vízálló); emberközpontú és esztétikus kialakítás a hosszan tartó használat során nem tolakodó; és képes ellenállni az enyhe ütéseknek vagy rezgéseknek; és hogy a készüléket ne állítsa vissza véletlenül. Követelmény volt az is, hogy az eszköz helyben tárolja az adatokat, és kommunikáljon egy átjáró eszközzel, hogy továbbítsa az adatokat a konfigurált mobilhálózaton keresztül.

Terméktervezés és tervezés: A klinikai követelmények alapján elkészítették az előzetes tervezést, és a későbbi tervezési döntések többszörös iteráción mentek keresztül a technológiai lehetőségek és a felhasználói vélemények alapján. A hordható érzékelőházak kavics vagy érme alakúak voltak, és az összes elektronikát beépítették. Számos tesztet (mechanikus és elektromos) végeztek az eszköz teljesítményének, robusztusságának és megbízhatóságának megerősítésére. Több körös előzetes tesztelés után sikerült a tervezési optimalizálást elérni.

Prototípus és megvalósítás: A prototípus érzékelőeszköz részletei máshol találhatók. Röviden: a többrétegű nyomtatott áramköri lap felhasználásával kifejlesztett érzékelő hardverplatform egy mikrokontrollerből (MCU) integrált Bluetooth 4.0 Low Energy-vel (BLE) és egy 12 bites ADC-ből {Analog to Digital Converter} (CC2540, Texas Instruments) állt. ), egy NICU-minőségű hőmérséklet-érzékelő analóg előlapi áramkörével, állapotjelző LED-ekkel {Light Emitting Diode}, tápegységgel és RF {Radio-Frequency} balunnal {egy kiegyensúlyozott és kiegyensúlyozatlan jelek között átalakító elektromos eszköz} átviteli szűrő és antenna vezeték nélküli kommunikációhoz 2,4 GHz {gigahertz} ISM {Industrial Scientific and Medical} sávon. A rendkívül pontos hőmérsékletmérésekhez nagy pontosságú MF51E NTC {nagy pontosságú negatív hőmérsékleti együttható} termisztorokat használtak. A chipantennánál nagyobb hatékonyságú, nagyobb hatótávolságú és szélesebb sávszélességű beágyazott fordított F-antennát (IFA) használtak. Nagyon alacsony toleranciájú ellenállása is volt, amely alacsony energiafogyasztást tesz lehetővé aktív (150 μA) és alvó (1 μA) üzemmódban egyaránt. Az érzékelő hardvere a követelményeknek megfelelően programozható volt. Egy 3 voltos érmeelem hajtotta a készüléket. Egy bababarát burkolat orvosi minőségű hipoallergén műanyagból készült.

Az érzékelő egy átjáróeszközzel (okostelefonnal vagy Raspberry pi-vel) kommunikált, amely ezt követően a hőmérsékleti adatokat a GPRS {General Packet Radio Service}/Wi-fi által biztosított biztonságos internetes gerinchálózaton keresztül egy központi adatbázisba továbbíthatja tárolás céljából (web ábra). 3).

Az eszköztesztelés fázisai: Az eszköztesztelés tervezett fázisai a klinikai előtti tesztelés (2013 júniusában) és a klinikai vizsgálati I. és IIa. fázisok voltak {a klinikai hatékonyság vagy biológiai aktivitás bizonyítására tervezett tanulmányok/kísérleti vizsgálatok ("koncepció bizonyítása" vizsgálatok)}. a biztonságosság és a hatékonyság értékelése a következő sorrendben: egészséges felnőtt önkéntesek (2014. május); egészséges anyák (2015. január-febr.); egészséges babák (2015. február); stabil csecsemők a NICU-ban (2015. február-március) és olyan betegségekben szenvedő csecsemők, mint például a hipoxiás ischaemiás encephalopathia (2015. március). A laboratóriumi körülmények között végzett preklinikai vizsgálatok eredményeit korábban publikálták. Röviden, az érzékelő eszköz reakcióideje a környezettel való termikus egyensúly eléréséhez 4 perc volt, szemben a referencia standardként használt precíziós minőségű digitális hőmérővel megfigyelt 3 perccel. Ami a pontosságot illeti, a számítások szerint a hiba 0,1 °C-on belül van a referenciastandardhoz képest, 25 °C és 40 °C közötti hőmérséklet-tartományban vízfürdők használatakor. A tesztelés klinikai szakaszának részleteit az alábbiakban ismertetjük.

Hét szabadon élő egészséges felnőtt önkéntes (férfiak = 2; nők = 5), akiknél nem ismertek megbetegedést, volt az első fázis résztvevője egy 7 napos időszak során. Mindegyikük eszközét tépőzáras szalaggal rögzített karszalaggal rögzítették a bal felkarjukra, és felkérték őket, hogy járuljanak hozzá legalább 24 órán keresztül egy vagy több napon keresztül felhalmozott megfigyeléshez, és jelentsenek minden nemkívánatos eseményt vagy oldalt. - az általuk tapasztalt hatások. Ezzel párhuzamosan lejegyezték az időzített hónaljhőmérséklet-leolvasásokat is (legalább 5-ször egy 24 órás ablakban), digitális hőmérővel a páros összehasonlításhoz.

A szülés utáni egészséges anyák (n=11) vizsgálatát először a posztnatális osztályon jól csecsemőknél, majd a NICU-ra felvett újszülötteknél (n=7) végeztük. Az eszközöket a felkarukra tépőzáras szalaggal rögzített karszalaggal rögzítették. A hónalj digitális hőmérővel 5 percenként mért páros leolvasásokat az időbélyegzővel összehasonlították az érzékelő leolvasásával.

Az újszülöttek körében végzett tesztelés három különböző fázisban történt, amelyek mindegyikében az eszközöket pamuttal és mikropórusos ragasztóval rögzítették a felső epigasztriumhoz. Az első fázisban a jó állapotú babák (n=3) korai újszülöttkori időszakában a posztnatális osztályon 5 percenként mérték a hónaljhőmérsékletet 1 órán keresztül digitális hőmérővel, és összehasonlították az érzékelővel. A második fázisban beteg, de stabil újszülötteket (n=10) vettek fel a NICU-ból. A sugárzó melegítő alatt helyezkedtek el úgy, hogy a hőmérsékletszondát a felső hasra rögzítették az érzékelő eszköz mellett, így a melegítő panelről 1 órán keresztül 5 percenként mért értékeket összehasonlították az érzékelő leolvasásával. De mivel ezeknek a csecsemőknek a hőmérsékletét a sugárzó melegítő alatt egy szűk normál tartományon belül tartották, beleszámítottunk egy olyan beteg csecsemőt, aki születési asphyxia miatt hipoxiás ischaemiás encephalopathiában (HIE) szenvedett, és akit terápiás, egész testet érintő hűtéssel kezeltek. Ez megkönnyítette a leolvasások összehasonlítását a 33°C és 34°C közötti tartományban a kezelés hűtési és felmelegítési fázisában. A sugárzó melegebb szonda 1 órán át 5 percenként mért leolvasásait a melegebb panelről összehasonlították az érzékelő leolvasásaival.

Meghatározások Biztonság: Nemkívánatos események jelentési és megoldási protokollt vezettek be a viselhető érzékelő eszközökhöz. Ez lehetővé tette a nemkívánatos események számának és súlyosságának rögzítését, valamint az egyéni klinikai kezelést, valamint az eszköztervezési változtatások visszajelzését. A rögzítendő nemkívánatos események a következők voltak: dermatitis, fertőzés, hősérülés, sugársérülés, eszköz szivárgás/kitörés és mások.

Pontosság: A készülék becslése a készülék által rögzített hőmérsékletek és a klinikai gyakorlatban rutinszerűen használt mérések összehasonlításával történt. A posztnatális osztályokon élő anyák és jól csecsemők esetében az összehasonlítás a készülék hőmérséklete és a hónalj hőmérséklete között történt, amelyet egy digitális hőmérőről leolvastak (miután az értékek stabilizálódtak a hangjelzés után – általában 3 perc elteltével); a NICU-ban lévő újszülöttek esetében az összehasonlítás az eszköz időbélyeggel ellátott hőmérséklete és a bőrszonda hőmérséklete között történt, amelyet a kalibrált sugárzó melegítők (Phoenix Medical Systems Private Limited, Chennai, India vagy Zeal Medical Ltd, Mumbai, India) vezérlőpaneljeiről kaptak.

Statisztikai analízis: Az anyáknál és újszülötteknél mért párosított leolvasási értékek átlagát [+/-Standard deviation (S.D.)] számítottuk ki, és megkaptuk az átlagos különbségeket. Két különböző módszer közötti szignifikancia tesztelésére páros t-próbát használtunk.

Etika: A tanulmány etikai jóváhagyását a St John's Institutional Ethics Review Board szerezte meg (IERB #59/2011, 2011. március 15. és # 125/2014, 2014. augusztus 16.). A klinikai vizsgálatot az Indiai Klinikai Vizsgálatok Nyilvántartása (CTRI/2015/05/005779) regisztrálta. Minden résztvevőtől/gondozótól tájékozott beleegyezést kaptunk.